Nilai Kalor Bahan Bakar

Sebagai mana yang telah disebutkan diatas bahwa bahan bakar adalah bahan yang dikonsumsikan untuk menghasilkan sejumlah energi panas, di dalam proses pembakaran didapat suhu yang  tinggi dari hasil proses tersebut, dan karena perbedaan suhu antara titik dimana proses pembakaran terjadi dan lingkungannya maka terjadi perpindahan energi yang berupa panas. Jumlah enegi maksimum yang dibebaskan oleh suatu bahan bakar melalui reaksi pembakaran sempurna persatuan masa atau volume bahan bakar didefinisikan sebagai nilai kalor bahan bakar .

Ditinjau dari H₂O yang merupakan salah satu produk proses pembakaran nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan atas :

   a.  Nilai kalor atas (NKA) yaitu bila nilai produk pembakaran dalam fase cair (jenuh).

   b.  Nilai kalor bawah (NKB) jika H₂O produk pembakaran dalam fase gas

Selisih antara NKA dan NKB merupakan panas laten penguapan total masa air yang dihasilkan oleh proses pembakaran satu satuan massa atau volume suatu bahan bakar

Nilai kalor dari bahan bakar diesel  dapat diukur dengan bom kalori meter . untuk memproleh perkiraan nilai panasnya bisa dipakai rumus empiris dibawah ini

HHV = 18650  +  40 ( API  -  10 )      btu/lb

Cetane rating adalah suatu indek yang biasa dipergunakan bagi bahan bakar motor diesel, untuk menunjukkan tingkat kepekaan terhadap denotasi. Cetane  normal (C₁₆H₃₄) dan  a-metyl napta lena (C₁₀H₇CH₃) dipergunakan sebagai bahan bakar standar pengukur , berturut turut menunjukkan bahan bakar yang sukar dan mudah berdenotasi

Bahan bakar diesel merupakan pencampuran dari hidrokarbon penyulingan ringan (light distillate hydrocarbons) dengan titik didih yang lebih tinggi dari bensin. (Borman et. al.,1998). Bahan bakar yang di jual di pasaran adalah dari hasil distilasi langsung (straight-run), perengkahan (cracking) atau merupakan campuran (blending). (Tjokrowisastro dkk, 1990)

Secara umum pengamatan yang dapat dilakukan terhadap bahan bakar diesel adalah mengenai: (Tjokrowisastro dkk, 1990)

1.      Karakteristik ketukan: bahan bakar diesel harus mempunyai cetane rating (angka cetana) yang cukup tinggi untuk menghindari knocking.

2.      Karakteristik starting: bahan bakar dapat memberikan/membuat mesin mudah distart dengan demikian bahan bakar harus mempunyai tingkat volatility yang tinggi, membentuk campuran yang mudah terbakar dengan cepat ,  cetane rating yang tinggi sehingga suhu penyalaannya rendah.

3.      Asap dan bau: bahan bakar harus tidak mempunyai kecenderungan membentuk asap dan berbau pada gas buangnya. Secara umum bahan bakar yang mempunyai volatility (kemampuan penguapan) yang baik akan terbakar dengan cukup sempurna hingga tidak terbentuk asap.

4.      Korosi dan keausan: bahan bakar harus tidak menyebabkan korosi sebelum pembakaran atau korosi dan keausan sesudah pembakaran. Hal ini berhubungan dengan kandungan belerang, abu dan residu dalam bahan bakar.

5.      Mudah di handle: bahan bakar harus mudah mengalir dan mempunyai titik nyala (flash point) yang tinggi supaya aman.

Untuk memenuhi persyaratan tersebut diatas, perlu dilakukan uji pada bahan bakar diesel meliputi:

1.      Viskositas

            Viskositas bahan bakar mempunyai pengaruh yang besar terhadap bentuk dari semprotan bahan bakar. Dimana untuk bahan bakar dengan viskositas yang tinggi akan memberikan atomisasi yang rendah sehingga memberikan hasil mesin sulit distart dan gas buang yang berasap. Jika viskositas bahan bakar rendah akan terjadi kebocoran pada pompa bahan bakarnya dan mempercepat keausan pada komponen pompa dan injektor bahan bakar. Untuk mesin dengan kecepatan tinggi diinginkan bahan bakar dengan SU Viscosity 35 – 75 sec (60 ml pada suhu 100^oF).

2.      Belerang

            Diketahui bahwa kadar belerang dalam bahan bakar adalah penyebab keausan pada bagian-bagian mesin, karena dalam proses pembakaran dengan jumlah pemasukan (excess) udara yang besar akan terbentuk belerang trioksida (SO₃) yang apabila bereaksi dengan minyak pelumas akan membentuk varnish yang keras dan juga karbon, yang apabila bereaksi dengan H₂O akan membentuk asam belerang.

            Keausan terjadi karena asam yang korosif dan gerusan oleh material karbon yang terbentuk. Kandungan belerang dibatasi secara ekonomis sampai 0,5%.

3.      Residu Karbon

            Apabila bahan bakar dibakar dengan sejumlah oksigen yang terbatas akan menghasilkan residu berupa karbon. Residu karbon yang tinggi akan membentuk deposit pada ruang bakar. Untuk mengukur residu karbon dilakukan dengan Conradson Carbon Test dimana bahan bakar dipanaskan pada suhu tinggi dalam waktu yang lama, sebagian dari bahan yang tersisa merupakan residu karbon. Untuk light distillate oil kira-kira 10% dari bahan yang tersisa merupakan residu karbon.

4.      Abu (ash)

               Abu merupakan residu dari bahan bakar yang tidak bisa dibakar, merupakan penyebab keausan karena abrasiveness dari abu.

5.      Air dan Sedium

                  Kebersihan dari bahan bakar diesel merupakan syarat mutlak, karena kotoran dan air adalah penyebab keausan pada sistem pompa bakarnya. Air garam terutama merupakan bahan yang korosif.

6.      Flash Point

      Flash Point (titik penyalaan) merupakan faktor penting untuk keamanan terhadap kebakaran. Minyak bakar mempunyai flash point 150 – 300 ^oF.

7.      Distillation

      Untuk mengetahui tingkat volatility dari bahan bakar salah satunya diukur dengan cara distilasi. Suhu dimana seluruh bahan bakar habis diuapkan  (hingga tertinggal residu) dinamakan end-point temperature. Karakteristik yang paling penting adalah suhu yang rendah untuk 50%,90% distilasi dan end-point temperature, dimana diinginkan end-point temperature kurang dari 700 ^oF.

8.      Ignition Quality

Kemampuan bahan bakar untuk mudah dinyalakan disebut ignition quality. Untuk mengkorelasikan antara sifat fisis dari bahan bakar dan cetane rating, digunakan angka indeks yaitu Diesel index, karena bahan bakar paraffin mempunyai cetane rating yang tinggi maka bisa disimpulkan bahwa adanya paraffin compound dalam bahan bakar berhubungan dengan ignition quality.

      Diesel Index dan cetane rating dari bahan bakar untuk diesel putaran tinggi adalah 40 – 60, dimana angka cetana kurang dari 40 akan terjadi knocking.

Angka cetana pada bahan bakar diesel merupakan bilangan yang menyatakan perlambatan penyalaan (ignition delay) dibandingkan dengan campuran volumetric cetana dan alpha methyl naphthalene pada mesin CFR Engine dibawah kondisi yang sama. (Tjokrowisastro dkk, 1990)

Kemampuan bahan bakar untuk tidak berdetonasi secara kasar merupakan kesebandingan dengan temperatur penyalaan sendiri (self-ignition temperature), sehingga bahan bakar yang kurang baik untuk motor bensin merupakan bahan bakar yang baik untuk motor diesel. Dalam hal ini hexadecane (cetana) – C₁₀H₃₄ mempunyai temperatur penyalaan sendiri yang rendah merupakan bahan bakar yang bagus untuk mesin diesel. (Tjokrowisastro dkk, 1990)

5.  Proses Pembakaran 

Untuk membakar bahan bakar secara efisien dalam ruang pembakaran , harus terdapat sbb:

·         Cukup campuran oksigen dan membakar semua bahan bakar (oksigen memasuki silinder dengan udara dari inlet manifold).

·         Bahan bakar dipecah kedalam butiran-butiran kecil dan dapat bercampur secara mudah dengan oksigen.

·         Bunga api/spark atau temperatur yang tinggi menyebabkan campuran bahan bakar dan udara terbakar. Pada motor bensin , spark menyulut bahan bakar dan dalam motor diesel temperatur udara tinggi menyulut bahan bakar.

Jika salah satu dari ketiga kondisi di atas tidak terpenuhi , maka bahan bakar tidak akan terbakar. Sistim bahan bakar memberikan waktu detik untuk kondisi tersebut.